La tasa de cambio de flujo a través de una bobina genera una fem inducida, que se conoce como inducción electromagnética. Se produce una corriente inducida dentro de la bobina como resultado de la fem inducida. Las leyes de Faraday y Lentz gobiernan la inducción electromagnética. Ahora comprendamos más sobre el flujo magnético.
El flujo magnético a través de una superficie se define como la integral de superficie del componente normal del campo magnético (B) que viaja a través de esa superficie en el electromagnetismo, una rama de la física. Se indica con las letras ϕ o ϕ B . La unidad Maxwell es la unidad CGS, mientras que la unidad Weber es la unidad SI de flujo magnético (Wb).
¿Qué es el flujo magnético?
El número de líneas de campo magnético que fluyen a través de una superficie cerrada se conoce como flujo magnético. Calcula el campo magnético total que viaja a través de un área de superficie específica.
La región bajo consideración puede ser de cualquier tamaño y puede orientarse en cualquier dirección con respecto a la dirección del campo magnético. La letra griega Phi o el sufijo Phi B se usa a menudo para representar el flujo magnético. El símbolo del flujo magnético es ϕ o ϕ B .
Fórmula de flujo magnético
La fórmula del flujo magnético se da como:
ϕ B = BA = BA cosθ
dónde
- A es el área de la superficie,
- B es el campo magnético,
- θ es el ángulo en el que las líneas pasan por el área, &
- ϕ B es el flujo magnético.
Unidad de flujo magnético
Se utiliza un medidor de flujo para medir el flujo magnético. Las siguientes son las unidades SI y CGS de flujo magnético:
- Weber es la unidad SI para el flujo magnético (Wb).
- Los voltios-segundos son la unidad fundamental.
- Maxwell es la unidad CGS.
Comprender el flujo magnético
El gran avance de Faraday se produjo cuando descubrió una relación matemática simple para explicar una serie de pruebas de inducción electromagnética que realizó. Faraday es considerado en gran medida como el científico experimental más grande del siglo XIX, y ha logrado avances significativos en la ciencia. Antes de que comencemos a apreciar su trabajo, primero debemos comprender la idea del flujo magnético, que es fundamental para la inducción electromagnética.
Usamos la imagen de la línea de campo de un imán o un conjunto de imanes para calcular el flujo magnético. El producto escalar del campo magnético y el área A da el flujo magnético a través de un plano de área A que se encuentra en un campo magnético uniforme de magnitud B. También es necesario considerar el ángulo en el que las líneas de campo viajan a través de la superficie dada. área.
El flujo resultante es relativamente bajo si las líneas de campo se encuentran con el área en un ángulo de observación, es decir:
- cuando el ángulo entre el vector del campo magnético y el vector del área es aproximadamente igual a 90°.
- El flujo resultante es mayor cuando el ángulo es igual a 0°.
Matemáticamente,
ϕ B = BA = BA cosθ
donde, θ es el ángulo entre los vectores A y B.
Si el campo magnético no es uniforme, con varias magnitudes y direcciones en diferentes áreas de la superficie, el flujo magnético total a través de la superficie puede calcularse como el producto de todos esos elementos de área y sus respectivos campos magnéticos.
Matemáticamente,
ϕ segundo = segundo 1 .dA 1 + segundo 2 .dA 2 + segundo 3 .dA 3 + … = ∑ todo segundo yo .dA yo
El flujo magnético es claramente un número escalar, como lo muestra la ecuación anterior. Weber (Wb) o tesla metro cuadrado es su unidad SI (T m 2 ).
Medición de flujo magnético
La unidad de flujo magnético Weber (Wb) o tesla metro cuadrado (T m 2 ) lleva el nombre del científico alemán Wilhelm Weber. Se puede usar un magnetómetro para medir el flujo magnético. Suponga que la sonda de un magnetómetro se mueve sobre una región de 0,9 m 2 cerca de una enorme lámina de material magnético y muestra una lectura constante de 10 mT. Luego se calcula el flujo magnético a través de esa área mediante la fórmula (10 × 10 −3 T) (0,9 m 2 ) = 0,0090 Wb. Sería esencial encontrar la medición promedio en el caso de que las lecturas del campo magnético cambien en una región grande.
¿Qué es la densidad de flujo magnético?
La fuerza que opera por unidad de corriente por unidad de longitud en un cable colocado en ángulo recto con el campo magnético se describe como densidad de flujo magnético (B).
- Tesla (T) o Kg s −2 A −1 son las unidades SI de B.
- Gauss (G o Gs) es la unidad CGS de B.
- Densidad de flujo magnético, B es una cantidad vectorial.
La fórmula para la densidad de flujo magnético se da como:
B = F ⁄ IL
dónde,
- I es la corriente que fluye a través del cable,
- L es la longitud del cable, &
- F es la fuerza total que actúa sobre el alambre.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: En un campo magnético de fuerza 2 T, una bobina con una sección transversal de 2 × 10 –2 m 2 y 50 vueltas se coloca con su eje en un ángulo de 30° con respecto al campo. Encuentre el flujo total asociado con el campo.
Responder:
Dado,
Campo magnético, B = 2 T
Sección transversal de la bobina, A = 2 × 10 –2 m 2
Número de vueltas, n = 50
Ángulo entre eje y campo, θ = 30°
La fórmula del flujo se da como:
ϕ B = n BA cosθ
= 50 × 2 × 2 × 10 –2 × cos30° Wb
= 1.732 Wb
Por tanto, el flujo total asociado con el campo es 1.732 Wb .
Pregunta 2: En un campo magnético, una bobina conduce una corriente. Hay un efecto de giro en la bobina. ¿Qué gadget se aprovecha de este efecto?
Responder:
Una bobina de alambre libre para girar entre dos polos magnéticos se puede utilizar para hacer un motor eléctrico básico. La bobina recibe una fuerza y se mueve cuando la atraviesa una corriente eléctrica. Como resultado, es un motor de corriente continua.
Pregunta 3: ¿Qué es la inducción electromagnética?
Responder:
La generación de un voltaje a través de un conductor colocado en un campo magnético cambiante (o un conductor que viaja a través de un campo magnético estacionario) se conoce como inducción electromagnética. Cuando cambia el campo magnético, cambia el flujo, lo que da como resultado una fem inducida.
Una barra en movimiento en un campo magnético uniforme también implicaría mover electrones en un campo magnético, lo que les obligaría a viajar en cierta dirección a través de la barra, lo que resultaría en una diferencia de potencial entre los extremos.
Pregunta 4: ¿Qué factores influyen en la fem?
Responder:
Según la ley de Faraday, la FEM generada por un cambio en el flujo magnético es proporcional al cambio de flujo, el tiempo t y el número de vueltas de la bobina.
Pregunta 5: ¿Por qué la corriente de desplazamiento de una bobina es generada por un cambio en el flujo magnético creado por otra bobina cercana?
Responder:
El flujo magnético cambiante produce corriente inducida, como sabemos por la ley de Faraday de EMI. Y, como resultado del cambio en el flujo magnético causado por la corriente inducida, se forma un campo eléctrico no conservativo, lo que da como resultado la generación de una corriente de desplazamiento.